ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГАСИТЕЛЕЙ ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЙ И ИХ РАСЧЕТ
Фёдоров А.В. Основные теории гасителей пульсации давлений и их расчёт// Бурение: Сборник научных трудов студентов. - Донецк: ДонНТУ, 2005. - 36с.
Неравномерность подачи жидкости поршневыми насосами вызывает в подводящем и напорном трубопроводахколебания давления, являющиеся причиной вибрации насоса и всей насосной установк. Пульсация давления уменьшает срок службы деталей насоса, так как последние подвержены действиям гидравлических ударов, а так же знакопеременным нагрузкам. В результате уменьшения колебаний давления снижается диапазон изменений напряжений, следовательно, число циклов нагружения детали до поломки повышается. Это достигается установкой гасителей пульсации давления ( воздушных колпаков ).
Поршневыми насосами перекачивается капельная жидкость, которая хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам. Упругость же гидравлической части насоса, подводящего и напорного трубопроводов не обеспечивает устранения неравномерности давления. Следовательно, насосная установка для понижения до минимума колебания давления требует особого упругого элемента. Обычно таким элементом является специальное приспособление, в основу которого положен принцип — сжатие некоторого объема газа или воздуха, заключенного в баллон (колпак).
Гаситель пульсации давления — воздушный колпак — должен отвечать следующим требованиям:
1) объем воздушной части и давление предварительного заполнения воздухом (газом) должны быть правильно выбраны;
2) гаситель пульсации должен быть правильно установлен, для наиболее совершенного выполнения своего назначения он должен
располагаться как можно ближе к насосу, чтобы его способность выравнивать давление полностью использовалась.
Если эти требования удовлетворены, могут быть достигнуты два важных
эксплуатационных преимущества:
1) сроки службы насоса, быстроизнашивающихся деталей увеличатся:
2) увеличится также полезная мощность насоса.
Воздушные колпаки устанавливаются как на напорном, так и на подводящем трубопроводах. Схема насосной установки с воздушными колпаками показана на рис. 1. Поршневой насос с горизонтальным расположением цилиндра, а воздушные колпаки обычного типа, в которых перекачиваемая жидкость находится в контакте с сжимаемым воздухом. Уровень перекачиваемой жидкости во всасывающем воздушном колпаке находится на расстоянии z, от уровня жидкости в приемном резервуаре. Давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному давлению р. На поверхности жидкости во всасывающем воздушном колпаке давление р меньше атмосферного давления. Над этим уровнем находится разряженный воздух при вакууме:
За ход всасывания жидкость засасывается в цилиндр из воздушного колпака. Уровень жидкости в колпаке стремится понизиться, а давление — уменьшиться. Благодаря понижению давления в колпаке за ход всасывания жидкость непрерывно под действием разности давлений Ра — Рк, поступает в колпак из приемного резервуара. При давлении Рк, меньшем, чем давление в приемном резервуаре, из жидкости может выделиться растворенный воздух, который скапливается во всасывающем колпаке и понижает в нем уровень жидкости. Для того чтобы скопившийся воздух в большом количестве не мог попасть в рабочую полость цилиндра, в нижней части всасывающего патрубка делается ряд небольших отверстий. Когда уровень жидкости опускается до этих отверстий, воздух сравнительно небольшими порциями засасывается в цилиндр и таким образом удаляется из всасывающего воздушного колпака.
Так как скорость поршня за ход всасывания меняется по закону синусоиды, то будем иметь переменную скорость жидкости, засасываемой из колпака в цилиндр.
Размеры всасывающего воздушного колпака должны быть достаточными для того, чтобы уровень жидкости в колпаке понижался при максимальной скорости поршня на незначительную величину. Жидкость из приемного резервуара в колпак будет поступать почти при установившемся движении. Силы инерции возникнут лишь в жидкости, находящейся за ход всасывания между поршнем и уровнем жидкости в колпаке.